变量增多使得该板计算所需相关方程数增加其基本计算式仍由三个衡课件.ppt

第九章 蒸 馏9.5 两组分连续精馏的计算9.5.1 计算的基本假定一、理论板的假定理论板的概念 用作衡量实际板分离效率的依据和标准通常，在工程设计中，先求得理论板层数，再用塔板效率予以校正，即可求得实际塔板层数 v 离开该板的气液两相互成平衡；v 塔板上各处的液相组成均匀一致理论板提出的意义tntn+1n-1 tn-1nn+1yn+2yn+1ynyn-1xn-2xn-1xnxn+1实实际际塔塔板板上上气气液液两两相相难难以以达达到到平平衡衡，且且传传递递过过程程与与物物系系的的性性质质、操操作作条条件件以以及及塔塔板板结结构构和和安安装装状状况况等等因因素素有有关关，很很难难用用简单地确定离开实际塔板的气、液两相温度和组成关系简单地确定离开实际塔板的气、液两相温度和组成关系设设计计中中，为为了了避避免免寻寻求求这这种种难难以以确确定定的的关关系系，一一般般是是首首先先根根据据分分离离任任务务计计算算出出所所需需的的理理论论板板数数，然然后后再再根根据据所所选选塔塔板板类类型以型以塔板效率塔板效率进行修正，从而确定出所需的实际塔板数进行修正，从而确定出所需的实际塔板数板效率板效率板效率板效率* * * *塔塔板板效效率率（板板效效率率）表表征征的的是是实实际际塔塔板板的的分分离离效效果果接接近近理理论论板的程度。

单板效率与全塔板效率是常用的两种表示方法板的程度单板效率与全塔板效率是常用的两种表示方法 板效率板效率板效率板效率* * * *单板效率单板效率: : Em 又又称称默默弗弗里里板板效效率率，可可用用气气相相单单板板效效率率 EmV 或或液液相相单单板板效率效率 EmL 表示，其定义分别为表示，其定义分别为 xn, yn 离离开开第第 n 板板的的液液相相与与气气相相的的实实际际组成；组成；yn*, xn* 与与离离开开第第 n 板板的的液液( (气气) )相相组组成成 xn ( (yn) )成平衡的气成平衡的气( (液液) )相组成；相组成；分分子子代代表表经经过过一一块块板板后后组组成成的的实实际际变变化化，分分母母则则为为将将该该板板视视为理论板时的组成变化单板效率通常由实验测定为理论板时的组成变化单板效率通常由实验测定注注意意：单单板板效效率率是是一一块块板板的的平平均均效效率率，板板上上各各点点的的传传质质差差异异可进一步由点效率来表达可进一步由点效率来表达全塔板效率全塔板效率全塔板效率全塔板效率: : : :全全塔塔板板效效率率 ET （总总板板效效率率）为为完完成成一一定定分分离离任任务所需的理论塔板数务所需的理论塔板数 N 和实际塔板数和实际塔板数 NT 之比：之比：ET 代代表表了了全全塔塔各各层层塔塔板板的的平平均均效效率率，其其值值恒恒小小于于1.01.0。

一一般般由实验确定或用经验公式计算由实验确定或用经验公式计算对对一一定定结结构构形形式式的的板板式式塔塔，由由分分离离任任务务和和工工艺艺条条件件确确定定出出理理论论板板数数后后，若若已已知知一一定定操操作作条条件件下下的的全全塔塔效效率率，便便可可求求得得实实际板数 板效率板效率板效率板效率* * * *料液料液, , x xF F 塔塔顶顶产产品品, , x xD D（馏出液）馏出液）塔底产品塔底产品, , x xWW液相回流液相回流蒸汽蒸汽精馏段精馏段提馏段提馏段再沸器再沸器冷凝器冷凝器蒸汽蒸汽回流液体回流液体二、恒摩尔 流的假定 假设精馏塔各段上升或下降的流量相等 1.恒摩尔气流 精馏段 提馏段 注意：两段上升的气相摩尔流量不一定相等 二、恒摩尔流的假定精馏段中上升气体摩尔流量提馏段中上升气体摩尔流量2.恒摩尔液流 精馏段 提馏段 二、恒摩尔流假定注意：两段下降的液相摩尔流量不一定相等 精馏段中下降液体摩尔流量提馏段中下降液体摩尔流量恒摩尔流动的假定成立的条件 恒摩尔流动虽是一项简化假设，但某些物系能基本上符合上述条件，因此，可将这些系统在精馏塔内的气液两相视为恒摩尔流动后面介绍的精馏计算均是以恒摩尔流为前提的。

v 混合物中各组分的摩尔汽化潜热相等；v 塔设备保温良好，热损失可以忽略二、恒摩尔流假定第九章 蒸 馏9.5 两组分连续精馏的计算9.5.1 计算的基本假定9.5.2 物料衡算与操作线方程 一、全塔物料衡算 精馏塔各股物料(包括进料、塔顶产品和塔底产品)的流量、组成之间的关系可通过全塔物料衡算来确定 精馏塔的物料衡算馏出液釜残液原料液总物料衡算 易挥发组分衡算 馏出液采出率易挥发组分回收率 一、全塔物料衡算 难挥发组分回收率 二、操作线方程 在精馏段中，任意塔板（n 板）下降的液相组成 xn与由其下一层塔板（n+1 板）上升的气相组成 yn1之间的关系称之为操作关系，描述该关系的方程称为精馏段操作线方程 1.精馏段操作线方程 精馏段的物料衡算总物料衡算 易挥发组分衡算 整理得 令 则 二、操作线方程 精馏段操作线方程回流比精馏段操作线方程 根据恒摩尔流假定，qn,L为定值，且在稳态操作时，qn,D及 xD为定值，故 R 也是常量精馏段操作线方程为一直线方程精馏段操作线直线方程斜率截距二、操作线方程 在提馏段中，任意塔板（m 板）下降的液相组成 与由其下一层塔板（m+1 板）上升的气相组成 之间的关系称之为操作关系，描述它们之间关系的方程称为提馏段操作线方程。

2.提馏段操作线方程 提馏段的物料衡算二、操作线方程 总物料衡算 易挥发组分衡算 整理得 二、操作线方程 提馏段操作线方程二、操作线方程 提馏段操作线直线方程斜率截距 根据恒摩尔流假定， 为定值，且在稳态操作时， 及 xW为定值提馏段操作线方程为一直线方程因因有有物物料料自自塔塔外外引引入入，故故进进、出出加加料料板板的的气气液液两两相相摩摩尔尔流流率率一一般般不不相相等等变变量量增增多多使使得得该该板板计计算算所所需需相相关关方方程程数数增增加加，其基本计算式仍由三个衡算式和相平衡关系式组成其基本计算式仍由三个衡算式和相平衡关系式组成 加料板的基本计算式加料板的基本计算式加料板的基本计算式加料板的基本计算式 ：设设第第 m 块块板板为为加加料料板板，进进、出出该该板板各各股股的的摩摩尔尔流流率率、组组成成与与热热焓焓可可由由物物料料衡衡算算与与热热量量衡衡算算得得出出 F, xF, IFV, ym+1, IVV, ym, IVL, xm-1, ILL, xm, IL第第m板板三、进料热状况的影响 三、进料热状况的影响 精馏塔五种进料热状况精馏塔的进料热状况（1）冷液进料（2）饱和液体进料 （泡点进料）（3）气液混合物进料（4）饱和蒸气进料 （露点进料）（5）过热蒸气进料1.精馏塔的进料状况冷液进料对于冷液进料冷液进料三、进料热状况的影响 饱和液体（泡点）进料对于饱和液体进料饱和液体进料三、进料热状况的影响 气液混合物进料对于气液混合物进料气液混合物进料三、进料热状况的影响 饱和蒸气（露点）进料对于饱和蒸气进料饱和蒸气进料三、进料热状况的影响 过热蒸气进料对于过热蒸气进料过热蒸气进料三、进料热状况的影响 2.进料热状况参数 为了定量地分析进料量及其热状况对于精馏操作的影响，现引入进料热状况参数的概念。

进料板的物料衡算和热量衡算三、进料热状况的影响 （1）进料热状况参数定义物料衡算： 热量衡算 ：三、进料热状况的影响 进料热状况参数则整理得令三、进料热状况的影响 （9-38）（9-39）（2）进料热状况参数对提馏段操作线方程的影响将上两式得提馏段方程：三、进料热状况的影响 代入：（9-40）（3）进料热状况参数的计算对于冷液进料，设进料温度为 tF 、泡点温度为 tb泡点进料定性温度三、进料热状况的影响 由冷液进料泡点进料气液混合物进料露点进料过热蒸气进料三、进料热状况的影响 作业：自学例题9-6q 的物理意义:提馏段中液相量较精馏段的增加值第九章 蒸 馏9.5 两组分连续精馏的计算9.5.1 计算的基本假定9.5.2 物料衡算与操作线方程 9.5.3 理论板层数的计算 一、逐板计算法 逐板计算法通常从塔顶开始，计算过程中依次使用平衡方程和操作线方程，逐板进行计算，直至满足分离要求为止 平衡方程操作线方程（a)（b)（c)逐板计算法示意图塔顶采用全凝器 由 y1 =xD(a)x1y2 x2 y3 xF xn（泡点进料）进料板 NF ：第 n 层一、逐板计算法 (b)(a)(a)(a)(b)精馏段理论板层数：n-1（进料板算在提馏段）由 =xn xW总理论板层数 NT ：n m - 2 （不包括再沸器）一、逐板计算法 (a)(a)(a)(c)(c)(c)提馏段理论板层数：m-1（不包括再沸器）二、梯级图解法 梯级图解法又称麦克布蒂利法，简称MT法。

1.操作线的作法 用图解法求理论板层数时，需先在xy图上作出精馏段和提馏段的操作线作图时，先找出操作线与对角线的交点，然后根据已知条件求出操作线的斜率（或截距），即可作出操作线xDabxWcd精馏塔的操作线g 提馏段操作线的截距数值很小，因此提馏段操作线不易准确作出，且这种作图法不能直接反映进料热状况的影响故提馏段操作线通常按以下方法作出：先确定提馏段操作线与对角线的交点c，再找出提馏段操作线与精馏段操作线的交点d，直线cd即为提馏段操作线二、梯级图解法 联解： 在交点处两式中的变量相同，略去有关变量的上下标，经整理得 ：又二、梯级图解法 q 线方程或进料方程（9-29)（9-33)（9-41) 与对角线联立解得交点e（xF , xF )过点 e作斜率为q/(q-1)的直线与精馏段操作线交于点d，联接cd 即得提馏段操作线 二、梯级图解法 直线方程斜率截距操作线的作法xDabxWcxFe截距斜率fd2.梯级图解法求理论板层数 自对角线上的点 a开始，在精馏段操作线与平衡线之间作由水平线和铅垂线构成的阶梯，当阶梯跨过两操作线的交点 d时，改在提馏段操作线与平衡线之间绘阶梯，直至阶梯的垂线达到或跨过点c为止。

二、梯级图解法 xDabxWcxFefd12345NT=4（不包括再沸器）；NT=5（包括再沸器）；进料板NF=3x1y1y23.适宜的进料位置 进料位置对应于两操作线交点d所在的梯级，这一位置即为适宜的进料位置适宜的进料板位置二、梯级图解法 4.进料热状况对理论板层数的影响 进料热状况参数 q 值不同，q 线的斜率也就不同，q 线与精馏段操作线的交点 d 随之而变动，从而影响提馏段操作线的位置，进而影响所需的理论板层数 二、梯级图解法 进料热状况对q线的影响进料热状况q 值q/（q-1）q线的形状 冷液进料泡点进料气液混合物进料露点进料过热蒸气进料二、梯级图解法 进料热状况对理论板层数的影响q 值越大，进料温度越低，平衡线与操作线距离越远，所需的理论板层数越少三、影响理论塔板数的因素1.影响的主要因素有 、xF、q、R、xD、xW 一般 减少减少 、xF 减少减少、xD 增加增加 、xW 减少减少塔板数增加塔板数增加2.进料液热状态q的影响：q越小（热）板数越多3.适宜的进料位置：两操作线交点台阶对应的板 4.回流比 R 减少，塔板数增加（后面讨论）5.特别说明，处理原料量qn,F 大小与塔板数无关. 8在在连连续续精精馏馏塔塔中中分分离离苯苯甲甲苯苯混混合合液液，其其组组成成为为0.48（苯苯的的摩摩尔尔分分数数，下下同同），泡泡点点进进料料。

要要求求馏馏出出液液组组成成为为0.95，釜釜残残液液组组成成为为0.05操操作作回回流流比比为为2.5，平平均均相相对对挥挥发发度度为为2.46，试试用用图图解解法法确确定定所所需需理理论论板板层层数数及及适适宜宜加料板位置加料板位置例题：习题8 x00.050.10.20.30.40.50.60.70.80.91.000.1150.2140.3810.5130.6210.7110.7870.8520.9080.9571.0解：由气液平衡方程计算气液相平衡组。